大型往復(fù)式壓縮機活塞支承環(huán)的改進

張世甫

(洛陽三隆安裝檢修有限公司 ， 河南 洛陽 471000)

往復(fù)式壓縮機支承環(huán)也叫導(dǎo)向環(huán)，是一種用于氣缸活塞上支承活塞運動的零件，它能防止活塞在運動過程中與缸體直接接觸和摩擦，起到保護缸體與活塞不被破壞的作用。老式壓縮機活塞支承，由60°～90°角帶狀巴氏合金來完成，將其直接焊接在活塞上，機床加工后再根據(jù)活塞中心高度進行刮研調(diào)整，最終使活塞達到冷態(tài)的中心高度。現(xiàn)在使用較多的支承是聚四氟乙烯(PTFE)的環(huán)形塑料支承環(huán)，這種形式的改進方便設(shè)備的維護與檢修，但存在支承環(huán)厚度減薄或其他問題，更主要的是使活塞在氣缸內(nèi)嚴重偏離中心運行。而將360°整圈環(huán)形支承改造成120°角支承，可以解決塑料支承環(huán)帶來的這些問題，同時又節(jié)約了2/3的成本，還能使活塞在氣缸中心最佳位置運行。本文就如何對往復(fù)機活塞支承環(huán)進行改造做出詳細說明。

1 活塞支承改造

1.1 120°片式支承環(huán)結(jié)構(gòu)形式

考慮徹底改造原支承環(huán)結(jié)構(gòu)，將整個支承環(huán)去掉，在活塞下面只加一個弧長為120°的支承環(huán)。由于支承環(huán)的承壓角度在90°左右，如果用一個弧長120°支承環(huán)來進行支承，應(yīng)該是沒有問題的。將360°整圈環(huán)形塑料支承環(huán)切成120°弧長，放置在活塞正下方。另外，為防止支承環(huán)在活塞凹槽中左右竄動，需要在活塞凹槽內(nèi)的支承環(huán)兩端設(shè)計定位，選擇在兩端各加一個L型擋板，擋板應(yīng)留出“熱脹間隙值”，要大于支撐環(huán)的120°弧長，再使用兩顆M10螺栓緊固，擋板螺栓一定要有必要的防松措施(擋板和螺栓材質(zhì)要考慮介質(zhì)特性)。

1.2 目前施工現(xiàn)場處理辦法

①在支承環(huán)下面，凹槽里面直接加入120°的鐵墊片，為防止支承環(huán)脹死，可將支承環(huán)開口間隙適當加寬一點，這種方法不提倡，只能說暫時解決一下活塞過度偏低的問題，活塞也調(diào)整不到最佳中心位置；②降低十字頭中心高度。如果活塞改造困難，也可考慮降低十字頭的中心高度，即使不能在氣缸或滑道的中心運行，但也確保了活塞、活塞桿、十字頭的垂直運行；十字頭中心高度還不宜降得過多，防止出現(xiàn)其他意外，因為十字中心下降后最終會出現(xiàn)兩條平行軸線，下調(diào)中心過大，會造成活塞桿下面偏磨。還要注意檢查刮油環(huán)、填料函徑向活動是否靈活，防止截流軸套及各環(huán)是否卡澀與偏磨。

1.3 支承環(huán)改造的原因

活塞熱態(tài)運行中，為避免支承環(huán)膨脹后出現(xiàn)脹缸現(xiàn)象，可減薄支承環(huán)的厚度，這樣活塞中心就會降得比較低，導(dǎo)致活塞在氣缸中心下方運行，活塞中心偏差改變了活塞桿的垂直受力，以后對節(jié)流套、密封填料、活塞桿、十字頭可能帶來影響與損壞，所以對360°整圈環(huán)形支承環(huán)的改造非常有必要。

1.4 支承環(huán)厚度的計算

因原有支撐環(huán)厚度不夠，需重新計算活塞在氣缸中心運行的支撐環(huán)厚度。以某廠2D45型往復(fù)式壓縮機一級氣缸為例，原支承環(huán)采用PTFE360°整圈環(huán)形支承結(jié)構(gòu)一級氣缸相關(guān)設(shè)計參數(shù)如下：氣缸內(nèi)徑670 mm；環(huán)境溫度40 ℃；活塞外徑663 mm；工作溫度109 ℃；支承環(huán)槽深12.65 mm；原支承環(huán)厚度15 mm。

經(jīng)計算冷態(tài)下活塞加支撐環(huán)的總高度為667.7 mm，比氣缸內(nèi)徑小2.3 mm，使用塞尺檢查一級活塞冷態(tài)時在氣缸的上下間隙，上間隙4.7 mm，下間隙2.3 mm，活塞在氣缸內(nèi)的上下間隙偏差為2.4 mm；計算結(jié)果2.3 mm與現(xiàn)場測量的2.4 mm基本一致?；钊跉飧椎纳舷缕顢?shù)值主要由支撐環(huán)厚度偏薄和預(yù)留熱膨脹量造成，顯然支承環(huán)的厚度是不能夠保證熱態(tài)下活塞運行在氣缸中心。

活塞長期在氣缸中心下方運行，偏差過多會造成節(jié)流套、主填料、活塞桿的偏磨，活塞桿的彎曲與斷裂。要使熱態(tài)下活塞與氣缸中心保持一致，需要將支承環(huán)厚度增加到15.61 mm，加厚的支承環(huán)如果仍然采用360°整圈結(jié)構(gòu)，熱態(tài)運行中就會出現(xiàn)脹缸，支承環(huán)與氣缸的間隙不夠，膨脹導(dǎo)致支承環(huán)卡在氣缸內(nèi)，若長期運行，支承環(huán)和氣缸氣缸之間會發(fā)生嚴重的磨損，甚至?xí)飧桌?60°整圈環(huán)形支承環(huán)進行改造成120°片式支承環(huán)后就顯得非常有必要了，這樣活塞、活塞桿、十字頭三者在同一中心運行，消除了原支承環(huán)存在的隱患。

1.5 改造后的優(yōu)勢

①1個支承環(huán)可變?yōu)?個使用，節(jié)省了運行成本；②活塞在氣缸中心高度調(diào)整變得非常簡單，可保持最佳中心高度，如果支承厚度出現(xiàn)磨損，在活塞的凹槽與支承環(huán)間，可任意加減調(diào)整墊片，基本能確保證活塞在氣缸的中心運行，也確保了活塞、活塞桿、十字頭3個部件同一中心運行。

1.6 改造后對活塞桿垂直跳動值的影響

活塞支承環(huán)的厚度不夠，不能保證活塞在氣缸中心，且支撐環(huán)的厚度偏差越大，其活塞桿在十字頭連接處的冷態(tài)垂直跳動偏差越大。根據(jù)API618《石油、化工和氣體工業(yè)用往復(fù)壓縮機》標準中不同氣缸間隙下的活塞桿徑向跳動值見表1。

表1 不同氣缸間隙的活塞桿徑向跳動

這臺2D45的往復(fù)壓縮機實際使用的360°環(huán)形活塞環(huán)比理論計算的薄0.80 mm，冷態(tài)下氣缸間隙偏差間隙有2.4 mm(0.096 in.)，假若十字頭在滑道中心(API圖表中的十字頭應(yīng)低于滑道中心0.508)，則下沉差=1.22 mm，那么活塞桿在十字頭處的垂直跳動>0.15 mm(0.006 1 in.)，該處的跳動值過大，對十字頭接頭與活塞桿接口部位造成極大損傷。為了減少對活塞桿與十字頭接口的損傷，對支撐環(huán)的改造就顯得十分有必要性。

改造前冷態(tài)下的氣缸間隙偏差是2.4 mm，支撐環(huán)按計算數(shù)據(jù)加厚0.80 mm后氣缸間隙偏差只有0.80 mm(0.032 in.)，假若十字頭在滑道中心，則下沉差=0.406 mm，那么活塞桿在十字頭處的垂直跳動值大概在0.11 mm(0.004 6 in.)。因此支撐環(huán)改成120°片式支撐環(huán)后，活塞桿在十字頭處冷態(tài)下的垂直跳動值降低很多，減少了活塞桿與十字頭連接處的垂直受力。

2 結(jié)束語

在檢修安裝活塞時，可根據(jù)活塞直徑的大小，首先進行大概的熱膨脹計算，然后進行冷態(tài)調(diào)整，當機組正常運行時，活塞與十字頭的中心，基本在各自的氣缸或滑道中心運行，既然兩頭的支承件都在中心了，中間的活塞桿即使有點偏差，也微不足道，其中還含有活塞桿自重的撓度差和計算的偏差。除非氣缸與滑道出現(xiàn)較大角差和徑向偏差。